Đồ án thiết kề đập thủy điện Bản Luông

Hỗ trợ cắt một phần đỉnh lũ cho các công trình ở hạ lưu : Theo tính toán điều tiết hồ chứa Bản Luôngcắt được khoảng 6000m3/s lưu lượng đỉnh lũ tại tuyến Bản Luôngp = 0.02%, cắt được khoả

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH

1.1 Vị trí và nhiệm vụ công trình

1.1.1 Vị trí công trình:

Công trình thuỷ điện Bản Luônglà công trình đợt đầu của bậc thang thuỷ điện

trên sông Nậm Mu thuộc hệ thống sông Đà được nghiên cứu ở giai đoạn quy hoạch bậc thang thuỷ điện sông Đà Thuỷ điện Bản Luôngđược xây dựng trên sông Nậm Mu cách ngã ba suối Nậm Kim đổ vào sông Nậm Mu 2km về thượng lưu, thuộc địa bàn xã Mường Kim, huyện Than Uyên, tỉnh Lai Châu Vị trí: 21o51’40” vĩ bắc và 103o50’59” kinh đông

1.1.2 Nhiệm vụ công trình :

1.1.2.1 Nhiệm vụ phát điện :

Theo quy hoạch của điện lực Việt Nam thuỷ điện Bản Luôngcó công suất lắp máy là 210MW sẽ được đưa vào vận hành năm 2010 Khi đưa vào sử dụng với công suất lắp máy 210 MW và công suất bảo đảm 74.9 MW, hàng năm thuỷ điện Bản Luôngcung cấp cho hệ thống điện quốc gia khoảng 748.1x106kWh, tăng điện lượng và công suất bảo đảm cho hai công trình phía dưới là Sơn La và Hoà Bình với điện lượng 342x106kWh và công suất bảo đảm 105.8MW

1.1.2.2 Cấp nước mùa kiệt cho hạ du :

Với dung tích hữu ích của hồ chứa Bản Luônglà Vhi = 1.615x109 m3 chiếm khoảng 15% tổng dung tích hữu ích của các hồ chứa được quy hoạch trên sông Hồng và chiếm khoảng 19% tổng dung tích hữu ích trên sông Đà Hồ chứa Bản Luôngcó vai trò quan trọng trong việc cung cấp nước cho hạ du về mùa kiệt Kết quả tính toán cho thấy

hồ chứa Bản Luôngsẽ làm tăng lưu lượng dòng chảy vào mùa kiệt (p = 85%) cho sông

Đà tại tuyến Pa Vinh là 66m3/s chiếm khoảng 11% lưu lượng dòng chảy mùa kiệt sông Đà

1.1.2.3 Hỗ trợ cắt một phần đỉnh lũ cho các công trình ở hạ lưu :

Theo tính toán điều tiết hồ chứa Bản Luôngcắt được khoảng 6000m3/s lưu lượng đỉnh lũ tại tuyến Bản Luông(p = 0.02%), cắt được khoảng 15% lưu lượng đỉnh lũ tại tuyến Pa Vinh trên sông Đà

Hình 1.2 – Bản đồ vị trí công trình thuỷ điện Bản Chát

Bản Chát

1.2 Điều kiện tự nhiên

1.2.1 Điều kiện địa hình khu vực đầu mối:

Thung lũng sông hẹp chiều rộng trung bình khoảng 35m, hai bờ sông dốc, mặt cắt lòng sông hình chữ V với độ dốc trung bình bờ phải là 35o, bờ trái là 40o Phía hạ lưu

mở rộng và bằng phẳng tạo điều kiện thuận lợi cho việc bố trí công trình phụ trợ, đáy sông độ dốc nhỏ

Các quan hệ địa hình lòng hồ W∼ Z và F∼ Z (tuyến III) được cho trong bảng 1.1

Bảng 1.1 – Quan hệ W∼Z và F∼Z (tuyến III)

Dựa vào bảng thông số quan hệ địa hình lòng hồ (Bảng 2.1) ta có biểu đồ sau:

Hình 1.3 – Biều đồ quan hệ địa hình F ∼ Z

Hình 1.4 – Biều đồ quan hệ địa hình W ∼ Z 1.2.2 Điều kiện địa chất:

Điều kiện địa chất tuyến đập Bản LuôngIII (BCIII) được thể hiển trong mặt cắt địa chất tuyến đập (tuyến III) Mặt cắt ngang tuyến thể hiện đầy đủ vị trí, chiều dày của các lớp đất đá và phạm vi của các đứt gãy kiến tạo

Tại khu vực đầu mối chủ yếu phân bố đá phun trào octofia, riolit hệ tầng Văn Chấn từ cứng chắc trung bình đến rất cứng chắc có chỉ tiêu cơ lý như sau: góc ma sát trong ϕ = 38o và lực dính đơn vị C = 2.0 KG/cm2 Cụ thể trên tuyến đập địa chất phân

bố như sau:

+ Vai phải: Một phần nằm trong đá xâm nhập Granit hệ tầng Phù Sa Phìn

- Lớp sườn tàn tích (edQ) và đới đá phong hoá mãnh liệt (IA1): đất á sét lẫn dăm sạn có chiều dày 10 ÷ 30m, trung bình là 20m

- Đới đá phong hoá mạnh IA2: Dày 5 ÷ 15m, trung bình là 10m, đá lộ ra từ bờ sông lên đến cao trình 435m

- Đới đá phong hoá IB: Dày 10 ÷ 15m(hố khoan BC10, BC11) trung bình là 13m

- Đới đá nứt nẻ mạnh IIA: Chiều dày từ 35 ÷ 50m, trung bình là 43m

- Đới đá tương đối nguyên khối gặp ở độ sâu 45m (BC12) đến > 80m (BC11,13)

Tại vùng chịu ảnh hưởng của đứt gãy IV – 9 đá bị ép nén vỡ vụn mạnh

+ Khu vực lòng sông:

Đôi chỗ lộ đá gốc, lớp phủ aluvi mỏng có chiều dày 1 ÷ 3m tầng lót đáy là cuội tảng

đá macma độ mài mòn tương đối tốt, kích thước 8 ÷ 20m, cứng chắc, phần trên là cát hạt mịn đến trung bình lẫn 15 ÷ 25% cuội sỏi của đá cát kết, bột kết và macma cứng

- Đới phong hoá IB: dày 8 ÷ 12m, trung bình 10m.

- Đới đá nứt nẻ mạnh IIA: Dày 30 ÷ 35m, trung bình 33m

- Đới tương đối nguyên vẹn IIB: Tại hố khoan BC12 bắt gặp ở độ sâu 45m, chiều dài khoan vào đới này được 35m

+ Vai trái:

Vai trái đập chủ yếu lộ đá phong hoá IB cho tới cao trình 460 trở lên mới có đới đá phong hoá mạnh và phong hoá mãnh liệt

- Đới đá phong hoá IB: Dày từ 20m (BC9) tới 28m (BC10)

- Đới đá nứt nẻ IIA: Dày từ 35m(BC10) đến 58m ( BC9)

- Đới đá tương đối nguyên khối IIB: Tại hố khoan BC10 bắt gặp ở độ sâu 66m đã khoan sâu vào đới 34m

1.2.3 Điều kiện vật liệu xây dựng tại chỗ:

1.2.3.1 Mỏ đất dính:

Vị trí của mỏ trên sườn đồi thấp, độ dốc 20 ÷ 300, cách tuyến đập BCIII khoảng 0.6 ÷ 1.0 Km về phía thượng lưu Đất của mỏ là đất sét và á sét của hệ tầng Mường Trai, được dùng làm vật liệu chống thấm ở đê quai các hố móng công trình

Trữ lượng khai thác của mỏ khoảng 1.7 triệu m3.Điều kiện khai thác và vận chuyển bằng cơ giới thuận tiện, đất đảm bảo điều kiện kỹ thuật đắp lõi đập

+ Mỏ đá bazan số 3:

- Vị trí nằm bền sườn đồi bờ phải sông Nậm Mu có độ dốc 40 ÷ 450, cách tuyến đập khoảng 1.5 ÷ 2.0 km về phía hạ lưu Thảm thực vật chủ yếu là cây thân cỏ và ruộng nương của dân địa phương

- Điều kiện khai thác thuận lợi

Các bãi cát phân bố dọc theo sông Hồng từ Lào Cai đến Bảo Hà phần lớn là cát hạt nhỏ, về mùa mưa thường ngập dưới mực nước sông Các bãi cát tại cửa Ngòi Bo là cát hạt mịn đến trung, chất lượng đảm bảo cho bêtông nhưng trữ lượng chỉ đủ đáp ứng cho tỉnh Lào Cai Dọc theo tuyến Khe Lếch từ Bảo Hà đi Văn Bàn, Than Uyên phân bố các bãi cát nhỏ, chỉ đủ cho xây dựng dân dụng ở địa phương

Nhìn chung các phương án khai thác cát từ Sông Hồng đều không hiệu quả kinh

tế do cơ sở hạ tầng, giao thông không thuận lợi, phải đi qua nhiều đèo cao nguy hiểm và

cự ly vận chuyển đến công trình quá xa (100÷150km)

1.2.3.4 Chỉ tiêu cơ lý đất đá tại nền đập (tuyến III):

Bảng 1.2 – Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm tính chất cơ lý của mẫu đá

Loại đá Vị trí Đới đá

Khối lượng riêng (T/m3)

Dung trọng (T/m3)

Cường độ kháng nén (MPa)

Cường độ kháng kéo (MPa)

Mđun bdạng

103 MPa

Mđun đhồi

103MPa

Khô gió Bão hòa Khô gió Bão hòa Khô gió Bão hòaRiolit,

Octofia phải Vai IIAIB 2.692.73 2.612.69 2.632.69 49.5 43.598.1 85.3 9.05 8.64.8 4.3 3353 3859

IIB 2.74 2.71 2.71 98.0 88.0 9.2 8.5 55 61Đới ép phiến 2.72 2.62 2.63 39.2 33.3 3.9 3.4 26 32Vai

trái IIAIB 2.672.73 2.512.69 2.552.69 46.6 39.678.4 69.8 4.77.4 4.16.8 2744 3150

IIB 2.72 2.69 2.69 100.1 92.9 10.2 9.5 53 60Đới ép phiến,

tích

T2mt 1

Vai

phải IIA 2.73 2.69 2.70 28.0 24.6 2.8 2.8 27 30

Bảng 1.3 – Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm trong phòng, hiện trường

( Đối với đất edQ, IA 1 , IA 2 )

TT Phương pháp

thí nghiệm Chỉ tiêu kháng cắt với các trạng thái

Hệ số thấm Kcm/s

Môđun biến dạng (bão hoà)

E0 (MPa)

Tự nhiên Bão hoà nước

ϕo C:Kg/c

m2 ϕo C:Kg/cm2edQ Phòng TNo 21o 0.29 17o 0.19 3.0x10-5 8.00

1.2.4 Điều kiện về khí tượng thuỷ văn:

Khí hậu lưu vực sông Nậm Mu vừa mang những nét chung của khí hậu nhiệt đới gió mùa vừa mang những nét riêng của khí hậu vùng núi cao Lưu vực sông Nậm Mu nằm trên vùng mưa lớn và có nền nhiệt độ thấp

1.2.4.1 Nhiệt độ:

Nhiệt độ không khí trung bình năm dao động trong khoảng 18.7 ÷ 21.0 0C, có xu thế giảm đần theo độ cao Đặc trưng nhiệt độ (trung bình, lớn nhất, nhỏ nhất) tại các trạm đo trên lưu vực như sau:

Bảng 1.4 – Đặc trưng về nhiệt độ không khí trung bình tháng (Đơn vị : o C)

Trạm Mù Cang Chải

TB 12.7 14.4 17.8 20.7 22.3 22.8 22.6 22.4 21.4 19.2 15.9 12.8 18.7 Max 28.1 30.3 32.7 34.1 34.0 32.7 32.2 33.0 31.3 30.4 29.2 28.6 34.1 Min -2.0 2.0 2.9 7.4 11.2 12.2 14.3 15.5 11.0 7.9 2.8 -1.3 -2.0

Trạm Than Uyên

TB 14.4 15.8 19.2 22.4 24.7 25.3 25.2 25.1 24.3 22.0 18.3 15.3 21.0 Max 30.8 34.2 35.8 36.9 37.3 35.6 34.6 34.8 35.1 33.2 32.4 30.0 37.3 Min -1.3 3.0 4.3 9.5 14.1 15.2 17.7 18.0 13.1 6.4 1.4 -1.5 -1.5

1.2.4.2 Độ ẩm :

Độ ẩm tương đối trung bình năm dao động trong khoảng (80.8 ÷ 86.0)%, có xu thế tăng dần từ hạ lưu lên thượng lưu Phân bố độ ẩm tương đối trung bình tháng tại các trạm trên lưu vực Nậm Mu như sau:

Bảng 1.5 – Độ ẩm tương đối trung bình tháng (Đơn vị: %)

Bảng 1.6 – Bảng tần suất, tốc độ gió thiết kế của trạm Than Uyên

1.2.4.4 Chế độ mưa:

Lượng mưa trung bình năm biến thiên từ 1700mm dến 2800mm và có xu thế tăng dần từ hạ lưu lên thượng lưu Lượng mưa trung bình năm ở phần hạ lưu biến đổi từ (1700÷2000)mm, ở thượng lưu từ (2200÷2800) mm

Trong năm mưa phân làm hai mùa rõ rệt, mùa mưa bắt đầu từ tháng V và kết thúc vào tháng IX, mùa kiệt từ tháng X đến tháng V năm sau Lượng mưa mùa mưa chiếm khoảng (77÷80)% lượng mưa năm Lượng mưa 7 tháng mùa khô chiếm (20÷23)% Mưa lớn thường xảy ra vào tháng VI, VII, VIII với lượng mưa mỗi tháng đều lớn hơn 300mm, tổng lượng mưa ba tháng lớn nhất này chiếm (57÷60)% tổng lượng mưa năm Lượng mưa trung bình lưu vực tuyến công trình Xtb = 2334mm

Bảng 1.7 – Bảng phân phối mưa tại lưu vực sông Nậm Mu (Đơn vị : mm)

Sìn Hồ 41.9 49.3 75.5 178 331 506 599 476 244 153 81.6 44.8 2780

Tà Tủ 33.0 39.6 53.4 152 252 410 434 404 203 120 77.5 30.4 2209 Tam Đường 38.7 44.9 80.8 159 357 473 556 349 190 151 74.8 34.9 2509 Bình Lư 39.0 51.0 78.8 164 337 516 624 374 133 102 47.9 33.4 2500 Nậm Cuội 25.7 37.2 70.3 132 204 326 405 340 178 93.9 48.5 30.6 1892 Quỳnh Nhai 24.4 32.2 59.8 134 217 310 339 313 152 82.0 42.2 21.2 1726 Căng Chải 25.6 35.7 66.2 126 223 354 388 324 127 70.9 33.9 19.6 1791 Than Uyên 29.2 37.7 65.0 149 235 394 408 366 133 73.6 39.0 23.3 1952 Bản Củng 29.6 30.9 57.3 143 233 336 363 336 147 68.2 42.3 21.5 1809

1.2.4.5 Bốc hơi:

Theo tài liệu đo bốc hơi của các trạm trên lưu vực sông Nậm Mu từ 1961 – 2002 ta

có lượng bốc hơi trung bình tính theo bình quân số học: 880.8 mm Lượng gia tăng bốc hơi do có hồ thuỷ điện Huội Quảng là 1089 mm Sự Phân bố bốc hơi:

Bảng 1.8 – Lượng bốc hơi trung bình tháng (Đơn vị: mm)

Bảng 1.9 – Đặc trưng dòng chảy năm thuỷ văn

Thời kỳ tính toán Thông số dòng chảy năm Lưu lượng bình quân năm ứng với p%

Qtbm3/s CV CS Q10 (m3/s) Q50(m3/s) Q90(m3/s)

Tổng năm thuỷ văn 1398.0 0.157 3.0CV 1687.3 1380.9 1130.7

Bảng 1.10 – Tổng lượng lũ thời đoạn lớn nhất ứng với tần suất (Đơn vị : m 3 /s)

Hình 1.5 – Biều đồ đường quá trình lũ đến ứng với các tần suất

1.2.4.8 Lưu lượng lớn nhất từng tháng mùa kiệt:

Lưu lượng lớn nhất ứng với từng thời kỳ thi công ứng với tần suất thiết kế tại tuyến thuỷ điện Bản Luôngđược tính theo trạm thuỷ văn Bản Củng:

Bảng 1.11 – Bảng lưu lượng lớn nhất từng tháng mùa kiệt (Đơn vị : m 3 /s)

Bảng 1.12 – Lưu lượng phù sa lơ lửng trung bình tháng (Đơn vị : kg/s )

Bảng 1.13 – Tổng lượng phù sa trung bình năm tuyến Bản Chát

RoKg/s

1.2.5 Quan hệ Q ∼ Z tại tuyến hạ lưu công trình và nhà máy thuỷ điện:

Bảng 4.14 – Đường quan hệ Q∼Z tại tuyến hạ lưu công trình đầu mối

(m3/s)

ZBCIII(m)

Znm(m)

(m3/s)

ZBCIII(m)

Znm(m)

(m3/s)

ZBCIII(m)

Znm(m)

1.3 Điều kiện dân sinh kinh tế

Công trình thuỷ điện Bản Luôngdự kiến xây dựng trên sông Nậm Mu tại địa bàn xã

Tà Hừa, huyện Than Uyên, tỉnh Lai Châu Có 9 xã (Mường Kim, Tà Hừa, Nà Cang, Pha Mu, Mường Mít, Nậm Sỏ, Nậm Cần, Thân Thuộc) thuộc huyện Than Uyên bị ảnh hưởng trực tiếp Than Uyên là huyện mới tách ra từ tỉnh Lào Cai và nhập vào tỉnh Lai Châu từ ngày 01/01/2004 Hiện nay toàn huyện có 15 đơn vị hành chính xã và 2 thị trấn với tổng diện tích 1700km2, dân số là 85867 người, mật độ dân số khoảng 51 người/km2 Dân cư gồm các dân tộc: Kinh, Thái, H’Mông, Khơ Mú, Lào, Giáy, Tày Nhìn chung các dân tộc trong huyện đã có quá trình cộng cư lâu đời, giao lưu về kinh

tế, văn hoá và hôn nhân nên có nhiều sắc thái chung

Như vậy 9 xã khu vực dự án chiếm 51.50% diện tích toàn huyện Trong khu vực có nhiều đồng bào sinh sống, trình độ sản xuất còn hạn chế về nhiều mặt nên nên cuộc sống còn nhiều khó khăn Tình trạng du canh, du cư, phát nương làm rẫy vẫn còn, nhất

là đồng bào dân tộc H’Mông Chính vì vậy phần lớn các hộ nghèo thường rơi vào khu vực các dân tộc thiểu số Tình hình phát triển các ngành nghề như sau:

1.3.1 Nông nghiệp: Là ngành kinh tế quan trọng và chiếm ưu thế trong cơ cấu kinh tế

địa phương Hiện nay giá trị sản xuất ngành nông nghiệp toàn huyện là 118.184 triệu

đồng, trong đó trồng trọt chiếm 69.4%, chăn nuôi chiếm 25.7%, còn lại là dịch vụ nông

nghiệp

1.3.2 Lâm nghiệp: Chủ yếu là trồng, nuôi rừng, khai thác gỗ và lâm sản các loại,

ngoài ra còn có dịch vụ lâm nghiệp khác Trong năm 2002 giá trị sản xuất lâm nghiệp

trên địa bàn huyện Than Uyên là 1304619 triệu đồng, trong đó khai thác gỗ và lâm sản chiếm 99.6%, còn lại 0.4% là do trồng rừng, nuôi rừng và dịch vụ lâm nghiệp khác.

1.3.3 Thuỷ sản: Không có điều kiện phát triển mạnh Những năm gần đây sản lượng

thuỷ sản trên địa bàn huyện tăng giảm thất thường, tuy nhiên trong hai năm 2001 và

2002 có sự tăng trưởng mạnh

1.3.4 Công nghiệp: Toàn huyện có 11 xã có đường điện, trong đó 6 xã có điện lưới

quốc gia, 5 xã có từ nguồn điện khác Hiện nay toàn huyện có 325 cơ sở sản xuất công nghiệp nhưng mang tính chất cá thể, 3 cơ sở do cơ quan nhà nước quản lý

1.3.5 Giao thông: Hoạt động ngành giao thông còn nhiều hạn chế Ngoài giao thông

bộ ra các loại hình giao thông khác chưa có điều kiện hình thành và phát triển Chính điều này cũng đã có những tác động tiêu cực tới sự phát triển kinh tế - xã hội của địa phương Hiện nay 100% số xã có đường giao thông đến huyện, trong đó 4 xã có đường nhựa, 6 xã có đường đá và 7 xã có đường đất

1.3.6 Thông tin liên lạc: Các xã đều có đường dây điện thoại đến uỷ ban xã nhưng số

lượng thuê bao chưa nhiều và chủ yếu tập trung ở hai thị trấn Than Uyên và Nông Trường

1.3.7 Du lịch dịch vụ: Do điều kiện kinh tế chưa phát triển, giao thông đi lại khó khăn

nên các hoạt động thương mại và dịch vụ chưa có điều kiện phát triển mạnh Riêng hoạt động du lịch cho đến thời điểm này hầu như chưa có điều kiện hình thành và phát triển

1.3.8 Hạ tầng cơ sở và y tế: Toàn huyện có hai bệnh viện, 3 phòng khám đa khoa khu

vực và 100% xã có có trạm y tế với 208 giường bệnh Tuy còn gặp nhiều khó khăn nhưng toàn huyện đã xoá được tình trạng trắng về y tế ở cấp xã

Ngoài ra huyện Than Uyên còn xây dựng được một trung tâm văn hoá, 1 thư viện và 5 bưu điện văn hoá xã phục vụ nhu cầu văn hoá của người dân địa phương Tuy nhiên, hiện nay cũng chỉ mới có 9/17 xã được phủ sóng phát thanh và truyền hình Điều này đã làm hạn chế việc nắm bắt thông tin và các chủ trương chính sách một cách nhanh chóng đối với người dân địa phương

Tóm lại: do điều kiện địa hình núi cao, cơ sở hạ tầng yếu kém, trình độ sản xuất

còn lạc hậu nên cuộc sống đồng bào các dân tộc ở khu vực dự án còn gặp nhiều khó khăn Số hộ đói nghèo còn cao, tỉ lệ mù chữ và không biết tiếng phổ thông còn nhiều Điều này đã làm cản trở quá trình phát triển kinh tế - xã hội, nâng cao mức sống cho

1.4 Các thông số hồ chứa và cấp công trình

1.4.1 Các thông số của hồ chứa và nhà máy thuỷ điện:

Hồ chứa Bản Luôngcó nhiệm vụ phát điện là chủ yếu nên các thông số của hồ chứa

và nhà máy thuỷ điện (MNC, MNDBT, Nlm) được xác định thông qua tính toán thuỷ năng Trên cơ sở tính toán và phân tích các chỉ tiêu kinh tế, các yếu tố về xã hội trong giai đoạn lập báo cáo đầu tư đã quyết định chọn phương án mực nước thiết kế:

+ Mực nước dâng bình thường (MNDBT): 473.00 m

+ Mực nước chết (MNC): 435.00 m

+ Công suất lắp máy Nlm: 210 MW

Với các mực nước thiết kế như trên phạm vi thay đổi cột nước công tác của hồ chứa

hct = 38.00m là phù hợp với các thiết bị cơ khí thuỷ công của cửa lấy nước phổ biến hiện nay

Với các mực nước như trên ta có các thông số về quy mô công trình như sau :

+ Dung tích ứng với MNC: VC = 521.9 (106m3)

+ Dung tích ứng với MNDBT: VDBT = 2137.7 (106m3)

+ Dung tích hữu ích: Vhi = 1615.8 (106m3)

+ Số dân phải di dời: 12397 người

1.4.2 Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế:

1.4.2.1 Xác định cấp công trình:

Cấp công trình được xác định theo hai điều kiện sau:

1 – Điều kiện về năng lực phục vụ của công trình:

Công trình thuỷ điện Bản Luôngđược thiết kế với công suất lắp máy là 210 MW Tra bảng 2.1 – Quy phạm TCXDVN 285 - 2002 được cấp công trình là II

2 – Điều kiện đặc tính kỹ thuật của hạng mục công trình thuỷ:

Với MNDBT = 473.00m và cao trình đáy móng là 352.00m ta có thể tính toán sơ bộ chiều cao đập lớn nhất H = (473 – 352) + 4 = 125 (m)

Với chiều cao lớn nhất H = 125m và công trình bê tông trên nền đá tra Bảng 2.2 Quy phạm TCXDVN 285 - 2002 ta có cấp công trình là I

Kết luận: dựa vào hai điều kiện trên ta có cấp công trình là I

3 – Các chỉ tiêu thiết kế của công trình:

Dựa vào cấp công trình tra Quy phạm TCXD 285 - 2002 ta được các chỉ tiêu thiết kế:

+ Mức đảm bảo phát điện: 90%

+ Tần suất lưu lượng, mực nước lớn nhất thiết kế, kiểm tra công trình thuỷ:

- Tần suất thiết kế: 0.1%

- Tần suất kiểm tra: 0.02% + Tần suất lưu lượng, mực nước lớn nhất thiết kế công trình phục vụ dẫn dòng :

- Trong một mùa khô: 10%

- Hơn hai mùa khô: 5%

+ Tần suất lưu lượng lớn nhất thiết kế chặn dòng: 5%

+ Hệ số lệch tải lấy theo bảng 6.1 của TCXDVN 285-2002

+ Hệ số tin cậy:

- Trạng thái giới hạn 1: Kn = 1.25 (Với công trình cấp I)

- Trạng thái giới hạn 2: Kn = 1 (Với mọi cấp công trình )

+ Hệ số tổ hợp tải trọng: (Tính theo trạng thái giới hạn 1)

- Tổ hợp tải trọng cơ bản: nc = 1.0

- Tổ hợp tải trọng đặc biệt: nc = 0.90

- Tổ hợp tải trọng thời kỳ thi công và sửa chữa: nc = 0.95 + Thời gian tính toán dung tích bồi lắng bị lấp đầy: 100 năm

+ Hệ số điều kiện làm việc: Khi mặt trượt đi qua mặt tiếp xúc giữa bêtông và nền

đá hoặc đi trong nền đá có một phần qua các khe nứt, một phần qua đá nguyên khối ta có: m = 0.95

+ Tần suất gió tính toán: (Theo QPTL C1 – 78)

- Với MNDBT: P = 2%

- Với MNLTK: P = 25%

+ Độ cao an toàn a của đập: a = 0.8 m (Theo 14TCN56 – 88)

CHƯƠNG 2 - BỐ TRÍ TỔNG THỂ CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI

2.1 Tuyến công trình đầu mối

2.1.1 Tổng quan về các phương án tuyến công trình

Trong giai đoạn tiền khả thi (TKT) vùng tuyến Bản Luôngđược nghiên cứu trong phạm vi chiều dài 12km gồm hai đoạn tuyến Trong đó đoạn tuyến I với tuyến đại diện là BCI, đoạn tuyến hai với các tuyến đại diện: BCII, BCIII, BCIV Kết quả của giai đoạn TKT đã kiến nghị đoạn tuyến có chiều dài 1km từ tuyến BCII và BCIII Các tuyến trong đoạn từ BCII đến BCIII đều nằm trên đoạn sông hẹp, hai bờ có độ dốc lớn Đáy sông trong đoạn tuyến có độ dốc nhỏ, chênh lệch cao độ đáy sông ở cuối và đầu đoạn tuyến không đáng kể

Trong giai đoạn lập dự án (LDA) tập trung vào nghiên cứu hai tuyến là tuyến BCII và BCIII Trong đó tuyến BCII nằm đầu đoạn tuyến còn tuyến BCIII cách tuyến BCII 700m về hạ lưu Trong giai đoạn này đã xác định được toạ độ tim các tuyến đập như sau :

Bảng 2.1 – Bảng toạ độ địa lý của các phương án tuyến.

D1 2419484.64 378956.32 D3 2419037.22 379461.12

D2 2418558.15 378675.33 D4 2418239.84 378665.75

2.1.2 Kết quả nghiên cứu tuyến BCII và BCIII

Dọc tim các phương án tuyến đập và lân cận tuyến về hai phía thượng và hạ lưu

đã bố trí các lỗ khoan khảo sát để làm sáng tỏ điều kiện địa chất công trình cho các phương án Trên cơ sở các tài liệu địa hình, địa chất và khảo sát thực địa ta có một số kết luận như sau :

1 – Các phương án tuyến đập đều có địa hình phần lòng sông hẹp, hai bờ có độ dốc lớn, hình thái các phương án tuyến đập không có sự khác biệt lớn Phương án BCIII ở

hạ lưu có bề rộng lòng sông lớn hơn do đó vai phải thoải hơn BCII

2 – Các phương án tuyến đập nằm trong vùng phân bố của đá phun trào hệ tầng Văn Chấn, riêng vai phải của tuyến BCIII có một phần nằm trong đá xâm nhập granít hệ tầng Phù Sa Phìn

D3

D2 D1

37

37 00

24600

37 00

24

600

24 0

37 00

Hình 1.1 – Bản đồ khu vực tuyến đầu mối

Khoảng cao đều là : h =10 (m)

Chiều dày tầng phong hóa bên bờ trái của các phương án tuyến tương tự như nhau và khá mỏng, trong khoảng 5 ÷ 10m, mặc dù chúng nằm trên hai khối đá khác nhau Tuy nhiên, bên bờ phải tầng phong hoá khá dày, đối với tuyến BCII chiều dày là 10 ÷ 15m, với tuyến BCIII từ 10 ÷ 20m Theo quan điểm địa chất công trình, về cơ bản hai tuyến BCII và BCIII là như nhau, nhưng theo tuyến BCIII có bề rộng lòng sông và tầng phong hoá dày hơn.

3 – Do chênh lệch độ cao đáy sông tại hai tuyến không đáng kể, cho nên với cùng một MNDBT thì chiều cao đập của các phương án tuyến chênh nhau không dáng kể Ngoài

ra dung tích hồ chứa với cùng mực nước xấp xỉ nhau, nên về mặt năng lượng, các tuyến chênh lệch nhau không đáng kể

4 – Đường phục vụ thi công, vận hành với cả hai phương án tuyến đều từ hạ lưu và đều nối với đoạn đường giao thông ngoài công trường từ quốc lộ 32 vào

5 – Về điều kiện thi công, hai tuyến đều có địa hình hai bờ khá giống nhau nên việc bố trí đường thi công đến các cao trình cề cơ bản là như nhau Cả hai phương án đều bố trí khu phụ trợ bên bờ trái sông Nậm Mu, gần ngã ba suối Nậm Kim đổ vào Sông Nậm

Mu Tóm lại, điều kiện thi công cả hai phương án về cơ bản là giống nhau

2.1.3 Phân tích lựa chọn phương án :

Dựa trên những điều kiện địa hình, địa chất tuyến xây dựng tiến hành bố trí các hạng mục công trình: Đập dâng, đập tràn, tuyến năng lượng,

Trên cơ sở bố trí công trình cho các phương án tuyến ta tính toán khối lượng và chi phí xây dựng cho các phương án tuyến công trình Qua xem xét các phương án tuyến trên các mặt ta có kết luận như sau :

2 – Về điều kiện địa chất công trình :

Như đã phân tích trên ta thấy điều kiện địa chất công trình của tuyến BCIII do một phần nền đá nằm trong hệ tầng Phù Sa Phìn nên tốt hơn so với tuyếnBCII

3 – Về điều kiện thi công:

Hai tuyến tương đối gần nhau (cách nhau 700m) nên điều kiện thi công cũng không

khác nhau lắm Cả hai tuyến đều đặt khu phụ trợ tại bờ trái sông Nậm Mu tại ngã ba suối Nậm Kim đổ vào Nhìn chung tuyến BCIII thuận tiện hơn tuyến BCII.

4 – Về tiến độ thi công :

Do tuyến BCIII tại nơi lòng sông rộng hơn nên khối lượng công tác (đào hố móng,

đổ bê tông ) lớn hơn Tuy nhiên do thi công công trình bêtông bằng công nghệ đầm lăn nên sự chênh lệch về tiến độ thi công giữa 2 tuyến là không nhiều

Kết luận và chọn phương án: Qua phân tích các yếu tố về chi phí xây dựng,

điều kiện địa chất, điều kiện thi công, tiến độ thi công cho thấy: tuyến BCII có chi phí xây dựng nhỏ hơn nhưng về cơ bản điều kiện thi công, tính ổn định công trình khi xây dựng ở tuyến BCIII tốt hơn mà tiến độ thi công vẫn đảm bảo Do vậy lựa chọn tuyến BCIII làm phương án thiết kế

2.2 Hình thức đập dâng nước tạo hồ chứa:

Hiện nay có hai hình thức đập dâng được sử dụng phổ biến: đập đá đổ bê tông bản mặt (CFRD) và đập bê tông đầm lăn (RCC) Hai hình thức này hiện đang được sử dụng rộng rãi ở nước ta Đập CFRD đã và đang được xây dựng như: Rào Quán, Cửa Đạt, Tuyên Quang … Đập RCC đang được xây dựng là: Pleikrông, A Vương, Sơn La, Định Bình, Bản Vẽ…

Ưu điểm của hai hình thức đập dâng tạo hồ chứa này là: thi công nhanh, phù hợp với trình độ phát triển công nghệ nước ta hiện nay, có thể xây dựng đập với chiều cao lớn…Qua thăm dò khảo sát địa chất, địa hình cho thấy thuỷ điện Bản Luôngcó thể áp dụng một trong hai hình thức trên (nền là đá, cường độ đá tương đối rắn chắc, vật liệu địa phương nhiều)

Đập bê tông kết cấu và thi công đơn giản, khả năng ổn định cao Có thể cho tràn nước nên dẫn dòng thi công dễ dàng Tuy nhiên không tận dụng được vật liệu tại chỗ và yêu cầu về nền cao hơn đập đá đổ

Đập đá đổ (CFRD) tận dụng được vật liệu tại chỗ, thi công mọi mùa, kỹ thuật xây dựng đơn giản, yêu cầu về nền thấp hơn Tuy nhiên dẫn dòng thi công khó khăn hơn (có cho tràn nước nhưng phải đảm bảo không bị xói và phải tính toán chính xác) Đập CFRD bố trí công trình thoát lũ khó khăn hơn đập bê tông

So sánh hai phương án RCC và CFRD ta chọn phương án RCC là tối ưu hơn, thể hiện ở những điểm sau:

+ Khối lượng mở móng nhỏ hơn.

+ Cường độ thi công và tiến độ thi công thuận lợi hơn

+ Dẫn dòng thi công cho phương án RCC dễ dàng hơn

+ Tuổi thọ công trình lâu dài và ổn định hơn nhiều

+ Bố trí kết cấu, vận hành và xử lý sự cố nhanh chóng thuận tiện

2.3 Hình thức tràn xả lũ

2.3.1 Dạng mặt cắt:

Với đập bê tông tràn xả lũ thường được bố trí trên thân đập Mặt cắt thường dùng có hai kiểu: mặt cắt không chân không Cơ-ri-ghê Ô-fi-xê-rốp và mặt cắt chân không Kiểu mặt cắt chân không có thể thiết kế theo hai dạng đỉnh tròn hoặc đỉnh elíp Ưu điểm của loại này là hệ số lưu lượng (0.55÷0.57) lớn hơn mặt cắt không chân không 7÷ 15% và cột nước trên ngưỡng tràn nhỏ Tuy nhiên khi tháo lũ dễ gây nên áp lực chân không ở đỉnh Khi áp lực chân không quá lớn gây nên hiện tượng khí thực dẫn đến phá hoại mặt cắt tràn Khi thiết kế phải khống chế không để áp lực này vượt quá 6 ÷ 6.5m.Kiểu mặt cắt không chân không hệ số lưu lượng nhỏ hơn (0.46 ÷ 0.50) Tuy nhiên khi tháo lũ không gây áp lực chân không, chế độ làm việc ổn định Do vậy khi thiết kế theo hình thức mặt cắt tràn này sẽ an toàn hơn cho công trình tháo lũ

Như vậy thuỷ điện Bản Luôngcó chiều cao đập cao > 120m nên ta chọn phương án hình thức mặt cắt tràn dạng: mặt cắt không chân không Cơ-ri-ghơ Ô-fi-xê-rốp

2.3.2 Tràn có hay không có cửa van:

Khi tràn không có cửa van thì cao trình ngưỡng tràn bằng MNDBT Loại tràn này giá thành công trình sẽ hạ, vận hành tự động và dễ dàng Tuy nhiên trong cùng một cấp lưu lượng loại này yêu cầu bề rộng tràn lớn hơn, mực nước trong hồ khi tháo lũ lớn

Loại tràn có cửa van thì khả năng tháo tốt hơn và có thể hạ thấp cao trình ngưỡng tràn thấp hơn MNDBT Đồng thời khi có cửa van có thể giảm được bề rộng tràn Tuy nhiên giá thành cao hơn và vận hành cũng phức tạp hơn

Qua phân tích và so sánh các phương án ta thấy nên chọn phương án tràn có cửa van Đây cũng là phương án phù hợp với yêu cầu của công trình thuỷ điện Bản Chát( công trình lớn, thoát lũ nhanh, mực nước dâng lên trong hồ khi tháo lũ không được quá cao).Với phương án tràn có cửa van để vận hành hiệu quả phải làm tốt công tác dự báo lũ để

có thể xả trước đưa mực nước trong hồ xuống thấp hơn MNDBT trước khi lũ đến Qua

đó ta có thể sử dụng một phần dung tích hữu ích đóng vai trò là dung tích phòng lũ

2.3.3 Hình thức công trình tiêu năng sau tràn:

Công trình thuỷ điện Bản Luôngchiều cao đập lớn nên năng lượng dòng chảy sau tràn lớn không phù hợp với phương án tiêu năng đáy Địa chất nền đập là đá có cường

độ tương đối cứng chắc nên chọn hình thức tiêu năng mũi phun Phương án tiêu năng này dòng chảy được khuyếch tán trong không khí và năng lượng dòng chảy bị tiêu hao nhiều nhất

Tóm lại: công trình thuỷ điện Bản Luôngchọn hình thức công trình tháo lũ: Dạng mặt cắt tràn là không chân không Cơ-ri-ghơ Ô-fi-xê-rốp, tràn có cửa van, hình thức tiêu năng sau tràn là mũi phun

2.4 Tuyến năng lượng

Tuyến năng lượng gồm các bộ phận sau :

+ Cửa nhận nước: được bố trí ngay trên thân đập

+ Đường hầm dẫn nước và đường hầm áp lực

+ Nhà máy thuỷ điện sau đập đặt trên bờ phải

+ Kênh xả sau nhà máy thuỷ điện

Việc bố trí hạng mục công trình trong tuyến năng lượng cần phải xem xét nhiều yếu

tố liên quan như: điều kiện địa chất - địa hình, điều kiện thi công, biện pháp thi công, phương án dẫn dòng, điều kiện phòng xói hạ lưu…Qua phân tích so sánh ta đặt nhà máy thuỷ điện đặt trên bờ trái nơi có địa hình tương đối thoải Cửa nhận nước được bố trí trên mặt cắt đập không tràn bên bờ trái Để tránh ảnh hưởng đến làm việc bình thường của nhà máy thuỷ điện khi xả lũ ta bố trí công trình tràn ở vị trí giữa lòng sông Khi đó công trình dẫn dòng được bố trí bên bờ phải Bố trí các công trình chủ yếu trong tuyến năng lượng như sau:

2.4.1 Cửa lấy nước:

Cửa lấy nước được bố trí sát thượng lưu bên vai trái của đập Kết cấu cửa nhận nước

bằng bê tông cốt thép và phía trước có lưới chắn rác, tiếp theo là hệ thống các van Cơ cấu nâng hạ các van là cẩu trục chân dê đặt trên đỉnh đập Trần cửa lấy nước đoạn cửa vào được thiết kế cong để cho dòng chảy vào xuôi thuận

2.4.2 Đường ống áp lực:

Đường ống dạng bê tông bọc thép một phần được đặt trong thân đập RCC và một phần chạy theo mái hố móng nhà máy Phần trong đập bê tông được đặt nằm ngang còn phần sau được bố trí nghiêng theo mái hố móng nhà máy.

2.4.3 Nhà máy thuỷ điện:

Nhà máy thuỷ điện kiểu hở đặt trên bờ trái nơi có địa hình tương đối thoải Nhà máy thuỷ điện được bố trí phía sau đập dâng Tuyến tim nhà máy được bố trí song song với tuyến đập

2.4.4 Kênh xả sau nhà máy thuỷ điện:

Kênh xả được nối liền với cửa ra của ống hút, có nhiệm vụ dẫn nước sau khi qua nhà máy thuỷ điện trở về sông Kênh xả đoạn cửa ra của ống hút được bố trí dốc ngược, đoạn tiếp theo được bố trí với độ dốc nhỏ Trên mặt bằng kênh được bố trí uốn cong để dẫn nước trở về sông

CHƯƠNG 3 - TÍNH TOÁN KHẨU DIỆN TRÀN HỢP LÝ

3.1 Đề xuất các phương án khẩu diện tràn

Khẩu diện tràn lớn hay nhỏ liên quan đến nhiều vấn đề: yêu cầu thoát lũ, cao trình đỉnh đập, phòng xói cho hạ lưu, kích thước cửa van, bố trí các thiết bị, bố trí thi công… Khi khẩu diện tràn lớn thi thoát lũ nhanh, cao trình đỉnh đập giảm xuống nhưng cửa van

và thiết bị đóng mở cửa van lớn, kinh phí xây dựng lớn Khi khẩu diện tràn nhỏ thì kinh phí xây nhỏ, cửa van và thiết bị đóng mở cửa van nhỏ Nhưng khi thoát lũ cột nước trên ngưỡng tràn cao và kéo theo cao trình đỉnh đập tăng lên Vậy xác định khẩu diện tràn là một bài toán kinh tế - kỹ thuật

Qua xem xét quá trình lũ đến, các điều kiện địa hình và đảm bảo kinh tế đề xuất phương án khẩu diện tràn:

Bảng 3.1 – Bảng thông số của các phương án khẩu diện tràn

Phương án Bề rộng 1 khoang - B(m) Số khoang tràn - n ΣB (m)

Tất cả các phương án trên đều được tính với Zngưỡng = 459.5 m ⇒Hvan = 13.5 m.

3.2 Tính toán điều tiết lũ

3.2.1 Mục đích

Điều tiết lũ là toàn bộ công việc nhằm giảm lưu lượng dòng chảy xuống hạ lưu vào mùa lũ để đảm bảo an toàn cho công trình ven sông và khu vực hạ lưu Mục đích của tính toán điều tiết lũ là xác định được lưu lượng xả lũ lớn nhất và mực nước lớn nhất trong hồ ứng với tần suất khác nhau Dựa vào kết quả tính toán điều tiết lũ ta có thể xác định được dung tích phòng lũ và kích thước, quy mô công trình xả đảm bảo điều kiện kinh tế - kỹ thuật

3.2.2 Số liệu cần thiết trong tính toán điều tiết lũ

Mặt cắt tràn là mặt cắt thực dụng không chân không (loại I) kiểu Cơ-ri-ghơ rốp Khi đó lưu lượng qua tràn trong trường hợp chảy tự do xác định như sau:

q = m.ε.Σb 2.g H 2

o (3 - 1)Trong đó :

+ m: hệ số lưu lượng của tràn thực dụng (xác định theo QPTL C6 – 78 ).+ ε: hệ số co hẹp bên (xác định theo QPTL C6 – 78 )

+ Σb (m): tổng bề rộng tràn nước

+ Ho (m): Cột nước toàn phần trên ngưỡng tràn (lấy Ho≈H).

- Xác định hệ số lưu lượng và hệ số co hẹp bên:

+ Xác định hệ số lưu lượng m:

Theo QPTL C6 – 78 (tính theo Pavlôpxky) ta có: m = mtcσH.σhd

Trong đó : - mtc = 0.49: là hệ số lưu lượng của đập tràn thực dụng loại I

- σH = 1: hệ số phụ thuộc cột nước tính toán (H = HTK)

mb ( 1)ξ

(3 - 2)Trong đó :

+ Ho(m): cột nước toàn phần trên ngưỡng tràn

+ b (m): bề rộng một khoang tràn

+ n: số khoang tràn

3.2.2.2 Đường quá trình lũ đến và quan hệ địa hình lòng hồ :

Quá trình lũ đến ứng với tần suất thiết kế p = 0,1% và tần suất kiểm tra

p = 0,02% được cho trong Phụ lục PL 1.1 và hình 1.5

Quan hệ địa hình lòng hồ W ∼ Z được cho trong bảng 1.1 và hình 1.4

3.2.3 Nguyên lý và phương pháp tính toán

3.2.3.1 Nguyên lý cơ bản:

Tính toán điều tiết lũ dựa vào nguyên lý cân bằng nước và lý thuyết tính toán lưu

lượng dòng chảy qua đập tràn mặt cắt thực dụng

- Dựa vào nguyên lý cân bằng nước ta có phương trình vi phân:

Q.dt – q.dt = F.dh = dV (3 - 3)Trong đó :

+ Q, q (m3/s): lưu lượng đến và xả trung bình thời đoạn tính toán

+ dh (m): mực nước dâng lên của hồ trung bình trong thời đoạn tính toán + dt (h): thời đoạn tính toán

+ F.dh = dV (m3): lượng nước tích vào hồ

Viết lại phương trình (3 - 3) dưới dạng sai phân:

1 2 2

1 2

+ Q1, Q2 (m3/s): Lưu lượng đến đầu và cuối thời đoạn

+ q1, q2 (m3/s): Lưu lượng xả qua tràn đầu và cuối thời đoạn

+ V1, V2 (m3): Thể tích nước trong hồ đầu và cuối thời đoạn

+ ∆t (s): thời đoạn tính toán

- Dựa vào phương trình xác định lưu lượng xả qua tràn ta có :

q = m.ε.Σb 2.g H 2

o (3 - 5)Trong (3 - 5) :

+ Ho (m) : Cột nước toàn phần trên ngưỡng tràn (lấy Ho≈H).

+ m = 0.48: hệ số lưu lượng qua tràn

+ ε: hệ số co hẹp ( Tính toán theo (3 - 2))

Căn cứ vào hệ phương trình (3 - 4) và (3 - 5) và các đại lương đã biết ban đầu: q1, Q1,

Z1, V1 ta tìm được lưu lượng xả lũ ở cuối thời đoạn

3.2.3.2 Dạng đường quá trình xả lũ:

Đối với công trình xả là tràn dọc và có cửa van ta chọn dạng đường quá trình xả

lũ như hình 3.1 Trong đó: Q ~ t là quá trình lũ đến; q ~ t là quá trình xả lũ

Hình 3.1 – Dạng đường quá trình xả lũ (tràn dọc, có cửa van)

Diễn biến thời đoạn:

+ Từ to ÷ t1: Lũ đến nhỏ, cửa van mở và xả lưu lượng đúng bằng lượng lũ đến

+ Thời điểm t1: cửa van mở hoàn toàn, lưu lượng tháo là Qo (ứng với MNDBT)

+ Từ t1÷ t2: Cửa van mở hết mà vẫn không xả hết lũ, hồ tích nước và mực nước trong hồ dâng lên làm cho lưu lượng xả qua tràn tăng dần (đường xả lũ đi lên)

+ Thời điểm t2: Mực nước trong hồ đạt giá trị lớn nhất, lưu lượng lũ đến bằng lưu lượng

xả qua tràn (lưu lượng xả qua tràn đạt giá trị max)

+ Từ t2 ÷ t3: Lưu lượng xả lớn hơn lượng lũ, mực nước trong hồ giảm làm cho lưu lượng qua tràn cũng giảm dần (đường xả lũ đi xuống)

+ Thời điểm t3: Lượng nước ở thời đoạn trước đã được xả hết mực nước hồ trở về MNDBT, đóng cửa van đến vị trí có lưu lượng xả bằng lượng lũ đến

3.2.3.3 Các phương pháp tính toán :

- Phương pháp thử dần:

Tính toán dựa trên hệ phương trình (3 - 4) và (3 - 5) :

1 2 2

1 2

+ Tại t2: giả thiết q2 thay vào (3 - 1) tính được V2 Có V2 tra quan hệ Z∼V được Z, thay

Z vào (3 - 2) ta được q2’ So sánh nếu q2 = q2’: giả thiết đúng, tính tiếp cho thời đoạn sau, nếu q2 ≠ q2’: giả thiết lại q2

- Phương pháp bán đồ giải Pôtapốp:

Cũng dựa vào hệ phương trình (3 - 4) và (3 - 5) nhưng thay vì giả thiết Pôtapốp thành lập các đường phụ trợ f1(q) và f2(g) Dựa vào đường phụ trợ diễn toán quá trình

xả lũ

- Phương pháp giản hoá Kô – tre – rin:

Đây là phương pháp giản hoá Cơ sở của phương pháp là coi đường quá trình lũ đến dạng đa giác hoặc hình thang Dạng đường xả lũ hình tam giác Phương pháp này có độ chính xác thấp

3.2.4 Tính toán theo phương pháp bán đồ giải Pôtapốp

Pôtapốp biến đổi phương trình (3.4) về dạng như sau :

1 −

∆ và f2(q) = t q

V

.5,0

2 +

∆ ta có :

f2(q) = Q + f2(q) (3 - 7)Phương trình (3 - 7) vế phải hoàn toàn xác định cho mọi thời đoạn tính toán Hai quan

hệ f1(q) và f2(q) là hai quan hệ phụ trợ dùng để tính toán điều tiết lũ

Trình tự tính toán điều tiết lũ theo phương pháp bán đồ giải Pôtapốp như sau:

+ Cột (2): Zgt (m) cao trình mực nước trong hồ, giả thiết từ Zngưỡng tràn

+ Cột (3): cột nước trên ngưỡng tràn Ta có : h = Zgt – Zng (m)

+ Cột (4): Lưu lượng xả qua tràn ứng với mực nước trong hồ là Zgt.Tính toán theo công thức sau : q = m.ε.Σb 2.g h 2

o (m3/s)

+ Cột (5): Dung tích hồ ứng với mực nước Zgt: Vk(m3): tra quan hệ W∼Z với Zgt

+ Cột (6): Lượng nước tích vào hồ V = Vk – VMNDBT (m3)

2 – Diễn toán quá trình xả lũ :

Dựa vào các đương phụ trợ đã lập và đường quá trình lũ đến ta tính toán xác định

đường quá trình xả lũ:

+ Với mỗi thời đoạn ∆t, tính Qtb = (Q1 + Q2)/2

+ Ở thời đoạn đầu đã biết q1 ( lưu lượng xả tràn ứng với MNDBT) tra biểu đồ phụ trợ được f1(q) Tính f2(q) = Qtb + f1(q)

+ Có f2(q) tra biểu đồ phụ trợ được q2 ( lưu lượng xả cuối thời đoạn)

+ Lưu lượng xả cuối thời đoạn trước chính là lưu lượng xả đầu thời đoạn sau Tính toán tương tự cho các thời đoạn tiếp theo

Q - t

q - t

f1 (q) f2(q)

Hình 3.2 – Diễn toán quá trình xả lũ

Tính toán xác định đường quá trình xả lũ bằng cách lập bảng như sau:

Bảng 3.3 – Bảng diễn toán quá trình xả lũ

Qtb(m3/s)

q1(m3/s)

f1(m3/s)

f2(m3/s)

q2(m3/s)

Z(m)

-3.2.5 Kết quả tính toán điều tiết lũ:

Tính toán theo phương pháp Pôtapốp (mục 3.2.4) cho các phương án khẩu diện tràn (bảng 3.1) ứng với tần suất thiết kế và kiểm tra ta được kết quả trình bày trong các phụ lục PL 3.1 đến PL 3.6

Kết quả tính toán các thông số: lưu lượng xả max - qmax; cột nước max - Hmax; mực nước max - Zmax; dung tích siêu cao - Vsc được tổng hợp trong bảng 3.4 và bảng 3.5

Bảng 3.4 – Kết quả tính toán điều tiết lũ với tần suất thiết kế (P = 0.1%)

Mặt cắt cơ bản của đập bêtông trọng lực có dạng tam giác, cao trình đỉnh bằng cao trình MNLTK Các tải trọng tính toán bao gồm: trọng lượng bản thân (G), áp lực nước (W1, W2), áp lực thấm (Wth) như hình 3.3 Mặt cắt cơ bản được tính toán theo ba điều kiện:

+ Điều kiện ổn định: đảm bảo hệ số an toàn ổn định trượt trên mặt cắt nguy hiểm nhất không nhỏ hơn trị số cho phép

+ Điều kiện ứng suất: khống chế

không để ứng suất kéo ở mép thượng lưu

hoặc có xuất hiện ứng suất kéo nhưng nhỏ

hơn trị số cho phép; ứng suất chính nén

mép hạ lưu không vượt quá trị số cho

phép

+ Điều kiện kinh tế: đảm bảo khối

lượng công trình là nhỏ nhất

Khi tính toán ta xét một đoạn đập có

chiều dài 1m (bài toán phẳng) tiết diện

ngang hình tam giác ACE, có chiều rộng

là B (hình chiếu của mái thượng lưu là

nB và mái hạ lưu là (1-n).B), chiều cao

H = MNLTK – ZĐáy với ZĐáy = 354 (m) là

cao trình thấp nhất trên mặt cắt dọc tuyến

đập sau khi đã bóc bỏ lớp phủ

AA

3.3.2.1 Xác định theo điều kiện ứng suất:

Ứng suất theo phương thẳng đứng tại mặt cắt tính toán được xác định theo công thức nén lệch tâm:

6 2

B

M B

=

σ (3 - 8)Trong đó : + ΣG (T): Tổng đại số các lực theo phương thẳng đứng tác dụng lên mặt cắt tính toán: ΣG = G + W2 – Wth

+ ΣMO (T.m): Tổng mô men của các lực tác dụng lên mặt cắt tính toán

lấy với tâm của mặt cắt tính toán

+ B (m): Bề rộng đáy của mặt cắt.

Tính toán các lực: trọng lượng bản thân (G); áp lực nước theo phương đứng (W2);

áp lực nước theo phương ngang (W1); áp lực thấm (Wth) thay vào (3 - 8) và khống chế ứng suất pháp ở mép thượng lưu σ’H = 0 ta có :

B =

1

1 (1 ) (2 ) αγ

n n n

H

(3 - 9)Trong đó : + H (m): Chiều cao lớn nhất của mặt cắt, H = MNLTK – ZĐáy

+ γ1, γ (T/m3): Trọng lượng riêng của bê tông và nước

+ α1: Hệ số áp lực thấm còn lại sau màn chống thấm Khi tính toán sơ bộ lấy α1 = 0.4, giá trị này được xác định chính xác trong công tác xử lý nền

Dựa vào (3 - 9) ta có chiều rộng đáy B phụ thuộc n; B nhỏ nhất khi n = 1- (γ1/2γ) Trung bình ta lấy γ1/γ = 2.4 thay vào ta có n = - 0.2 (mái thượng lưu dốc ngược) Để tránh khó khăn cho thi công khi thiết kế ta lấy: n = 0 Với n = 0 thay vào (3 - 9) ta có:

B =

1

1 αγ

H

(3 - 10)

3.3.2.2 Xác định theo điều kiện ổn định:

Điều kiện tối thiểu để đập có thể ổn định là phương trình sau được thoả mãn:

Kc.W1 = f.ΣG (3 - 11)Trong đó: + f : Hệ số ma sát giữa đáy đập và nền, sơ bộ lấy f = 0.8

+ Kc: Hệ số an toàn ổn định đập So sánh với công thức tính ổn định trong quy phạm cũ có thể coi: Kc =

m

K

n c. n

= 1.0 1.250.95

3.3.2.3 Tính toán và chọn giá trị bề rộng đáy :

Từ công thức xác định bề rộng đáy đập (3 - 10) và (3 - 12) ta thấy: khi áp lực thấm nhỏ thì chiều rộng B do điều kiện ứng suất quyết định, khi áp lực thấm lớn thì B do điều kiện ổn định khống chế Vậy phải xác định theo hai điều kiện trên và lấy giá trị lớn nhất sẽ thoả mãn cả hai điều kiện

Dựa vào MNLTK đã tính toán ở phần trên ta tính toán chiều rộng đáy đập theo hai công thức (3 - 10) và (3 - 12) được kết quả sau:

Bảng 3.6 – Kết quả tính toán chiều rộng đáy đập cho các phương án tràn.

+ a = 0.8 (m): độ cao an toàn của đập

+ ∆h, ∆h’ (m): chiều cao nước dềnh do gió thổi ứng với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất

+ ηs , ηs’ (m): chiều cao sóng dềnh ứng với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất

3.3.3.1 Xác định chiều cao ∆h và ηs :

Các thông số này được xác định với MNDBT = 473 (m) Với MNDBT ta có tần suất gió P = 2% tra bảng 1.6 được vận tốc tính toán lớn nhất: V = 33.55 (m/s) Ứng với MNDBT dựa vào bình đồ khu vực lòng hồ ta đo được đà gió là D = 932 (m)

- Chiều cao nước dềnh do gió thổi được xác định:

∆h = 2.10-6.V g.H.D

2.cosαs (3 - 16)Trong đó :

+ H (m) : Chiều sâu nước trước đập, H = MNDBT – ZĐáy = 473 – 354 = 119 (m).+ V (m/s) = 33.55 (m/s): Vận tốc gió tính toán lớn nhất

+ D (m) = 932 (m): Đà gió ứng với MNDBT

+ αs: Góc giữa hướng gió và pháp tuyến của trục tuyến đập, cosαs = 1

Thay số vào (3 - 16) ta có :

∆h = 2.10-6.V g.H.D

2.cosαs = 2.10-6

233,55 9329,81.119 1 = 0.00181 (m)

- Chiều cao sóng dềnh :

Chiều cao sóng dềnh được xác định: ηs = Kη.hs1% (3 - 17)Trong đó:

+ Kη: là hệ số phụ thuộc hai đại lượng không thứ nguyên (λ/H; h/λ)

+ hs1% (m): chiều cao sóng ứng với mức đảm bảo 1% Trong trường hợp này ta giả thiết là sóng nước sâu tính toán( H > 0,5.λ)

+ Tính các giá trị không thứ nguyên:

V

t g.

và .2

V

D g

+ Từ hai giá trị không thứ nguyên tra đường bao trên cùng đồ thị hình

P2 – 1 QPTL C1 – 78, với một giá trị ta được một cặp số: .2

V

h g

và

V

g.τ

+ Chọn cặp giá trị nhỏ hơn và tính toán các thông số sóng trung bình:

g

V V

h g h

2

2

g

+ Kiểm tra lại điều kiện sóng nước sâu: H > 0,5.λ

+ Xác định chiều cao sóng với mức đảm bảo 1%: hs1% = K1%.h Trong đó hệ số:

K1% tra biểu đồ hình P 2 – 2 phụ thuộc đại lượng không thứ nguyên (g.D/V2) Có chiều cao sóng với mức đảm bảo 1% và hệ số Kη thay vào (3 - 17) ta tính được ηs

3.3.3.2 Xác định chiều cao ∆h’ và ηs ’ :

Tính toán tương tự như trường hợp MNDBT nhưng ứng với các giá trị sau :

+ Mực nước tính toán là MNLTK (theo các phương án tràn)

+ V’ = 18.75 (m/s): vận tốc gió bình quân lớn nhất (ứng với MNLTK)

+ D’(m): Đà gió ứng với mực nước trong hồ là MNLTK

+ H = MNLTK – ZĐáy (m): Chiều sâu nước trước đập

Trong các tính toán trên lấy thời gian gió thổi liên tục: t = 6h

3.3.3.3 Kết quả tính toán :

Tính toán theo (3 - 15) với MNLTK (theo phương án tràn) ta được cao trình đỉnh đập ứng với MNLKT trong bảng 3.7 Tính toán các thông số của sóng dềnh, nước dâng do gió thổi theo trình tự trên cho MNDBT và MNLTK theo các phương án tràn thay vào (3 - 13) và (3 - 14) ta có kết quả như bảng 3.8

Bảng 3.7 – Kết quả tính toán cao trình đỉnh đập ứng với MNLKT

Bảng 3.9 – Kết quả tính cao trình đỉnh đập cho các phương án tràn

Tổng hợp các tính toán trên ta có bảng thống kê các thông số của mặt cắt cơ bản (bề rộng đáy (B), cao trình đỉnh (ZĐỉnh), bề rộng đỉnh đập (b), hệ số mái dốc hạ lưu (m)) ứng với các phương án tràn:

Bảng 3.10 – Các thông số cơ bản của mặt cắt không tràn

+ Cao trình ngường tràn: Zngưỡng = 459.5 (m)

+ Chọn hệ trục toạ độ OXY: trục OX ngang cao trình ngưỡng tràn, hướng về hạ lưu; trục OY hướng xuống và gốc O nằm ở mép thượng lưu đập.

+ Vẽ đường cong Ôphixêrốp trong hệ trục đã chọn với HThiết kế = Hmax (MNLTK): Tra PL 14 – 2 trong bảng tra thuỷ lực ứng với mặt cắt loại I được toạ độ đường cong với HTK = 1 (m) là Xtb, Ytb,sau đó nhân tọa độ Xtb, Ytb với Hmax ta được đường cong cần vẽ

Ta thấy đường đường cong Ô-fi-xê-rốp đi ra ngoài mặt cắt cơ bản, trong trường hợp này ta phải dịch mặt cắt cơ bản về phía hạ lưu một đoạn để đường cong tràn tiếp xúc với mặt cắt cơ bản Như vậy mặt cắt tràn thoả mãn điều kiện về thuỷ lực Với mặt cắt

cơ bản đã thoả mãn điều kiện ổn định do đó ta có thể giảm bớt khối bê tông nhô ra ở thượng lưu so với mặt cắt cơ bản Tuy nhiên vẫn phải giữ lại phần đỉnh tràn để đảm bảo điều kiện thuỷ lực Mỏm đập còn lại có chiều cao h1≥ 0.4xHmax (Hmax: là cột nước cao nhất trên đỉnh tràn ứng với MNLTK) để không ảnh hưởng khả năng tháo

Tính toán như trên ta có toạ độ đường

cong Ô-fi-xê-rốp cho các phương án

tràn như bảng 3.11 Thành lập mặt cắt

tràn theo trình tự trên với các thông số

của mặt cắt cơ bản(chiều cao H, hệ số

mái hạ lưu m, chiều rộng đỉnh b, chiều

rộng đáy đập B) ứng với các phương án

3.4.1.2 Phần chân đập tràn:

Công trình thuỷ điện Bản Luônglà một công trình quy mô lớn và rất quan trọng, chiều cao đập ở vị trí lòng sông lớn (H > 120 m) nên năng lượng dòng chảy sau khi qua ngưỡng tràn là rất lớn Ở phần bố trí tổng thể công trình đầu mối ta đã chọn hình thức tiêu năng phóng xa – mũi phun Hình thức tiêu năng này có ưu điểm là cấu tạo đơn giản, không cần thiết bị tiêu năng ở hạ lưu, giảm khối lượng đào đá, rút ngắn thời gian thi công Hình thức tiêu năng này phù hợp với công trình trên nền đá và chiều cao đập lớn

Hình thức tiêu năng này lợi dụng mũi phun ở chân đập hạ lưu để dòng chảy có lưu tốc lớn phóng xa ra khỏi chân đập Tiêu năng theo hình thức này gồm hai quá trình: một phần tiêu năng trong không khí và một phần tiêu năng ở lòng sông Dòng chảy càng được khuyếch tán nhiều trong không khí thì năng lượng tiêu hao càng lớn, do đó giảm được xói lở hạ lưu Dòng chảy rơi xuống hạ lưu gặp hố xói được đào sâu sẽ tiêu hao hoàn toàn năng lượng nhờ ma sát nội bộ

Hình thức mũi phun có hai loại: mũi phun liên tục và mũi phun không liên tục Với mũi phun không liên tục dòng chảy được phân thành hai dòng: trên đỉnh răng và khe răng Theo phương thẳng đứng dòng chảy được khuyếch tán nhiều hơn mũi phun liên tục Nhưng chiều dài phóng xa nhỏ, hố xói gần chân đập có thể gây xói lở chân đập hạ lưu Vì công trình thuỷ điện Bản Luôngcó chiều cao đập lớn đòi hỏi yêu cầu ổn định cao nên ta chọn hình thức mũi phun liên tục và làm tường phân dòng nối liền với trụ pin kéo dài đến gần mũi phun để dòng chảy tập trung trên mặt tràn và giảm tổn thất thuỷ lực

Với cả ba phương án tràn trên ta đều chọn góc nghiêng của mũi phun là α = 30o, bán kính cong mũi phun R = 8.hc Các thông số cao trình ngưỡng mũi phun (Zngph) và chiều sâu nước trên ngưỡng tràn hc được tính toán cho các phương án như sau:

- Cao trình ngưỡng mũi phun (Zngph):

Cao trình ngưỡng mũi phun phải đủ cao để khi tháo lũ qua tràn mực nước hạ lưu sẽ không ngây ngập mũi phun Chọn cao trình ngưỡng mũi phun: Zngph = Zhlmax + 3 (m).Trong đó: Zhlmax được xác định bằng cách tra quan hệ Zhl∼ Q (bảng 1.14 và hình 1.6) ứng với lưu lượng lớn nhất xả qua tràn khi lũ về với tần suất kiểm tra

Tính toán như trên dựa vào số liệu đã tính toán ở phần tính toán thuỷ văn ta được kết quả cho các phương án tràn như sau:

Bảng 3.12 – Kết quả tính cao trình ngưỡng mũi phun

- Xác định độ sâu nước trên đỉnh tràn ứng với MNLTK (hc):

Cột nước trên đỉnh tràn được xác định theo phương pháp của Agrôskin:

0 2

/ 3

.)(

E b

Q E

ϕϕ

τ với ϕ là hệ số lưu tốc Với đập tràn cửa vào thuận dòng, trụ pin và mố bên lượn tròn, có cửa van ϕ = 0.85 ÷ 0.9 Ta chọnϕ = 0.9.

+ Dựa vào Φ(τc) tra PL 15-1 (bảng tra thuỷ lực) ta tìm được

0

E

h c

c =τ

+ Tính hc = τc.E0 với E0 = P + Hmax

Trong đó : P = Zngtr – ZĐáy là chiều cao ngường tràn; Hmax = MNLTK – Zng

Tính toán với số liệu đã có ở phần tính toán điều tiết lũ cho các phương án tràn ta được kết quả như sau:

Bảng 3.13 – Kết quả tính bán kính cong của mũi phun

A 6×12 8553.00 15.98 121.48 0.0986 0.0225 2.7333 21.80 22.0

B 6×14 9726.04 15.71 121.21 0.0964 0.0220 2.6666 21.40 21.5

C 6×16 10391.35 15.02 120.52 0.0909 0.0207 2.4948 19.90 20.0Tổng hợp kết quả tính toán cho mặt cắt tràn ta có các thông số cơ bản của mặt cắt tràn cho các phương án:

Bảng 1.14 – Các thông số cơ bản của mặt cắt tràn

ZB(m)

θ

(o)

R(m)

α

(o)

Zmph(m)

Hình 3.5 – Các thông số mặt cắt tràn và cấu tạo mũi phun liên tục

3.4.2 Tính toán xác định sơ bộ kích thước hố xói

Sau khi tính toán các thông số của mặt cắt tràn cho các phương án ta tính toán thuỷ lực

để xác định kích thước hố xói Từ đó có thể tính toán khối lượng công trình tiêu năng phục vụ cho so sánh chọn phương án tối ưu Trình tự tính toán thực hiện theo quy phạm của Liên Xô cũ “Tính toán thuỷ lực đập tràn trọng lực cao BCH – 01 – 65 ” trình bày trong sách “ Công trình tháo lũ trong đầu mối công trình thuỷ lợi”–NXB Xây Dựng 2005

Sơ đồ tính toán thuỷ lực dòng chảy trên mũi phun và tính kích thước hố xói được trình bày như hình 3.6 Tính toán trong trường hợp mái hạ lưu đập có góc nghiêng θ thoả mãn

tgθ = 0.7÷ 0.8 và dòng chảy trên mặt đập không hàm khí (Fr < 45 )

3.4.2.1 Tính toán lưu tốc(V A ) và độ sâu dòng chảy (h A ) tại mặt cắt A – A :

Mặt cắt A – A là mặt cắt qua điểm tiếp xúc giữa mặt cơ bản và đường cong Ô-fi-xê-rốp Lưu tốc tại mặt cắt A – A được tính như sau (bỏ qua tổn thất thuỷ lực):